We leren het op de middelbare school:laat twee objecten van verschillende massa los bij afwezigheid van wrijvingskrachten en ze vallen met dezelfde snelheid naar beneden in de zwaartekracht van de aarde. Wat we niet hebben geleerd, omdat het niet direct is gemeten in experimenten, is of antimaterie met dezelfde snelheid naar beneden valt als gewone materie of dat het zich anders zou kunnen gedragen. Twee nieuwe experimenten bij CERN, ALPHA-g en GBAR, zijn nu begonnen aan hun reis naar het beantwoorden van deze vraag.

ALPHA-g lijkt erg op het ALPHA-experiment, die neutrale antiwaterstofatomen maakt door antiprotonen van de Antiproton Decelerator (AD) te nemen en ze te binden met positronen uit een natrium-22-bron. ALPHA sluit vervolgens de resulterende neutrale antiwaterstofatomen in een magnetische val en schijnt laserlicht of microgolven erop om hun interne structuur te meten. Het ALPHA-g-experiment heeft hetzelfde type apparaat voor het maken en vangen van anti-atomen, behalve dat het verticaal is georiënteerd. Met deze verticale opstelling onderzoekers kunnen precies de verticale posities meten waarop de antiwaterstofatomen annihileren met normale materie zodra ze het magnetische veld van de val uitschakelen en de atomen onder de enige invloed van de zwaartekracht zijn. Met de waarden van deze posities kunnen ze het effect van de zwaartekracht op de anti-atomen meten.

Het GBAR-experiment, ook gevestigd in de AD-hal, pakt het een andere boeg. Het is van plan antiprotonen te gebruiken die worden geleverd door de ELENA-vertragingsring en positronen die worden geproduceerd door een kleine lineaire versneller om antiwaterstofionen te maken, bestaande uit een antiproton en twee positronen. Volgende, na het vangen van de antiwaterstofionen en het afkoelen tot een ultralage temperatuur (ongeveer 10 microkelvin), het zal laserlicht gebruiken om ze van één positron te ontdoen, ze veranderen in neutrale anti-atomen. Op dit punt, de neutrale anti-atomen worden uit de val gehaald en laten vallen van een hoogte van 20 centimeter, waarbij de onderzoekers hun gedrag monitoren.

Na maanden van 24 uur per dag werken door onderzoekers en ingenieurs om de experimenten samen te stellen, ALPHA-g en GBAR hebben de eerste stralen antiprotonen ontvangen, markeert het begin van beide experimenten. ALPHA-g begon op 30 oktober met stralen, na ontvangst van de nodige veiligheidsgoedkeuringen. ELENA stuurde op 20 juli haar eerste bundel naar GBAR, en sindsdien hebben de vertrager en GBAR-onderzoekers geprobeerd de levering van de straal te perfectioneren. De ALPHA-g- en GBAR-teams racen nu om hun experimenten in gebruik te nemen voordat de versnellers van CERN over een paar weken worden stilgelegd voor een periode van twee jaar onderhoudswerkzaamheden. Jeffrey Hangst, woordvoerder van de ALPHA-experimenten, zegt:"We hopen dat we de kans krijgen om de eerste zwaartekrachtmetingen te doen met antimaterie, maar het is een race tegen de klok." Patrice Pérez, woordvoerder van GBAR, zegt:"Het GBAR-experiment gebruikt een geheel nieuw apparaat en een antiprotonstraal die zich nog in de inbedrijfstellingsfase bevindt. We hopen dit jaar antiwaterstof te produceren en werken eraan om klaar te zijn om de zwaartekrachteffecten op antimaterie te meten wanneer de antiprotonen terug zijn in 2021. "

Nog een experiment in de AD-hal, AEGIS, die al enkele jaren in bedrijf is, werkt ook aan het meten van het effect van zwaartekracht op antiwaterstof met nog een andere benadering. Zoals GBAR, AEGIS hoopt dit jaar ook zijn eerste antiwaterstofatomen te produceren.

Het ontdekken van enig verschil tussen het gedrag van antimaterie en materie in verband met zwaartekracht zou kunnen wijzen op een kwantumtheorie van de zwaartekracht en misschien licht werpen op waarom het universum lijkt te zijn gemaakt van materie in plaats van antimaterie.